JP2009209395A - Method and apparatus for forming thin film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that, in a thin film forming process, when a large amount of deposit is adhered to a mask 4, the film deposition range regulated by the mask 4 is reduced, or a part of the deposit is peeled and detached and dropped on an evaporation source 2 to cause splash, and the deposit must be removed; however, the adhesiveness between the mask 4 and the deposit is strong, and any peeling method is necessary when the deposit is hardly peeled only by the vibration. <P>SOLUTION: A thin film forming method comprises: a step of forming a thin film; a step of dropping the temperature of the mask 4 below the temperature of the mask during the film deposition; a step of feeding oxygen to a deposit; and a step of removing the deposit. The deposit on the mask 4 is peeled and removed thereby. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は薄膜形成法に関し、特にマスクの堆積物を真空中で除去することによるマスク再生方法に関するものである。またマスクを用いた薄膜形成装置に関するものである。   The present invention relates to a thin film formation method, and more particularly to a mask regeneration method by removing a mask deposit in a vacuum. The present invention also relates to a thin film forming apparatus using a mask.

近年、携帯機器の小型化や多機能化が進み、これに伴って携帯機器の電源としての電池の高容量化が切望されている。   In recent years, the miniaturization and multi-functionalization of portable devices have progressed, and accordingly, the capacity of a battery as a power source for portable devices has been demanded.

リチウム電池における高容量負極活物質として、シリコン(Si)を含む材料はリチウムを吸蔵する量が多く有望であり、中でもSiと酸素(O)の化合物であるSiOx(0<x<2)は数多く検討されている。SiOxを集電体に形成する方法には、SiOx粒子をバインダーおよび溶剤と混ぜペーストにし塗工・乾燥・圧延する方法や、真空蒸着法などがある。   As a high-capacity negative electrode active material in a lithium battery, a material containing silicon (Si) is promising because it has a large amount of occlusion of lithium, and among them, there are many SiOx (0 <x <2) which is a compound of Si and oxygen (O). It is being considered. Methods for forming SiOx on a current collector include a method in which SiOx particles are mixed with a binder and a solvent to form a paste, which is applied, dried and rolled, and a vacuum evaporation method.

これらの工法の中で特に真空蒸着法は、バインダーを含まず高エネルギー密度化に有利な負極活物質膜を得ることが可能なドライプロセスである。   Among these methods, the vacuum deposition method is a dry process that can obtain a negative electrode active material film that does not contain a binder and is advantageous for increasing the energy density.

真空蒸着プロセスでの生産性を向上するには、真空チャンバーの大気圧開放頻度を低減することが有効である。つまり、1バッチの真空蒸着プロセスにおいて長時間成膜および多量成膜を行うための技術が必要である。そのために必要な技術の一つが真空中でのマスク再生技術である。   In order to improve productivity in the vacuum deposition process, it is effective to reduce the frequency of opening the vacuum chamber to atmospheric pressure. That is, a technique for performing film formation and film formation for a long time in one batch of vacuum deposition process is required. One of the techniques required for this is a mask regeneration technique in a vacuum.

真空蒸着プロセスにおいてマスクに多量の堆積物が付着すると、マスクで規制した成膜範囲が減少する、あるいは堆積物の一部がはく離し脱落して蒸発源に落下することでスプラッシュ(突沸)を起こしてしまうという課題を生じる。マスクの堆積物を適切にはく離・除去することでマスクを再生すれば真空蒸着プロセスを引き続き行うことが可能となる。   If a large amount of deposits adheres to the mask in the vacuum deposition process, the film formation range regulated by the mask will decrease, or a part of the deposits will peel off and fall off and fall to the evaporation source, causing splash (bumping). The problem that it ends up occurs. If the mask is regenerated by appropriately peeling and removing the mask deposit, the vacuum deposition process can be continued.

特許文献1には堆積物が付着したマスクに振動を生じるエネルギービームを照射することで、真空中で堆積物をはく離する方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a method of peeling a deposit in a vacuum by irradiating a mask to which the deposit is attached with an energy beam that generates vibration.

また、特許文献2には真空中での放電反応により生成した炭素膜を、真空中での振動によりはく離することで炭素粉末を製造する方法が開示されている。
特開2006−169573号公報 特開平10−297911号公報
Patent Document 2 discloses a method for producing a carbon powder by peeling a carbon film produced by a discharge reaction in a vacuum by vibration in a vacuum.
JP 2006-169573 A JP-A-10-297911

前記特許文献1には、レーザ光などをマスク堆積物上から照射することでマスクを振動させ、マスクと堆積物との振動に対する応答の違いによりはく離を生じさせる、とある。堆積物は有機材料であり、マスクはSUS製であり、堆積物の厚みは0.08〜0.1μmの場合について開示されている。SUS製のマスク上に堆積した有機EL膜のように、振動のみではく離する場合には有効だが、マスク/堆積物間の密着性が強く、振動のみではく離し難い場合のはく離方法については述べられていない。   In Patent Document 1, the mask is vibrated by irradiating a laser beam or the like on the mask deposit, and peeling occurs due to a difference in response to the vibration between the mask and the deposit. The deposit is an organic material, the mask is made of SUS, and the thickness of the deposit is disclosed as 0.08 to 0.1 μm. As for organic EL film deposited on a SUS mask, it is effective when it is separated only by vibration, but it describes the peeling method when the adhesion between the mask and the deposit is strong and it is difficult to separate only by vibration. It is not done.

前記特許文献2には、壁面に付着した粉末を超音波振動によって壁面を振動させることではく離する方法が記載されている。付着する粉末はカーボンであり、壁面は銅である。
しかしながら、付着物をはく離するには壁面と付着物との密着性が弱いことが必要条件であり、密着性が強く、はく離し難い場合の付着物のはく離方法については記載されていない。
Patent Document 2 describes a method in which powder adhered to a wall surface is separated by vibrating the wall surface by ultrasonic vibration. The adhering powder is carbon, and the wall surface is copper.
However, in order to peel off the deposit, it is a necessary condition that the adhesion between the wall surface and the deposit is weak, and there is no description of a method for peeling the deposit when the adhesion is strong and difficult to peel off.

本発明は、マスク/堆積物間の密着性がある程度強く、振動のみでははく離し難い場合のはく離方法を提案するものである。また、真空蒸着法の1バッチにおいて必要な時にマスクの堆積物をはく離し除去することでマスクを再生し、長時間成膜および多量成膜を可能にし、生産性を高めることを目的とする。   The present invention proposes a peeling method in which the adhesion between the mask and the deposit is somewhat strong and difficult to peel off by vibration alone. Another object of the present invention is to regenerate the mask by peeling and removing the mask deposit when necessary in one batch of the vacuum vapor deposition method, enabling long-time film formation and a large amount of film formation, and improving productivity.

前記課題を解決するために、本発明の薄膜形成法は、基板上への薄膜の形成を行う第一の工程と、第一の工程の後、マスクの温度を第一の工程中より低温とする第二の工程と、第二の工程と同時もしくは第二の工程の後に、マスクに堆積した蒸発源から飛来した粒子を含む堆積物に酸素を供給する第三の工程と、第三の工程と同時もしくは第三の工程の後に、堆積物を除去する第四の工程と、から構成されるものである。   In order to solve the above-described problems, the thin film forming method of the present invention includes a first step of forming a thin film on a substrate, and a mask temperature lower than that in the first step after the first step. A second step, a third step for supplying oxygen to a deposit containing particles flying from an evaporation source deposited on the mask, simultaneously with the second step or after the second step, and a third step And a fourth step of removing deposits at the same time or after the third step.

本構成とすることによって、マスクと堆積物との線膨張係数の差による収縮の差によってマスク/堆積物界面ではく離や割れを起こし、堆積物と酸素との酸化反応による膨張によってさらにマスク/堆積物界面ではく離や割れを促進することで、はく離しがたい堆積物をマスクから除去できる。   With this configuration, the mask / deposit interface is separated or cracked due to the difference in shrinkage due to the difference in linear expansion coefficient between the mask and the deposit, and further mask / deposition is caused by the expansion due to the oxidation reaction between the deposit and oxygen. By promoting peeling and cracking at the object interface, deposits that are difficult to peel off can be removed from the mask.

さらに、マスクに物理的衝撃を与えながら前記第二の工程を行うことで、収縮差によりマスク/堆積物界面に生じた応力に割れの起点を生じさせてはく離を促進できる。   Further, by performing the second step while applying a physical impact to the mask, the stress generated at the mask / deposit interface due to the difference in shrinkage can be caused to start a crack, thereby promoting peeling.

さらに、マスクに物理的衝撃を与えながら前記第三の工程を行うことで、堆積物の膨張によりマスク/堆積物界面に生じた応力に割れの起点を生じさせてはく離を促進できる。   Further, by performing the third step while applying a physical impact to the mask, the stress generated at the mask / deposit interface due to the expansion of the deposit can cause a starting point of cracking and promote the peeling.

さらに、堆積物を除去する第四の工程が物理的衝撃によるものであることで、簡単な構成で真空中での堆積物除去が効果的に行える。   Further, since the fourth step of removing the deposit is based on physical impact, the deposit can be effectively removed in a vacuum with a simple configuration.

本発明の堆積物はSiOx(0<x<2)を主成分であることが望ましい。本構成によって、線膨張係数(温度500Kでの)がSiは3.5×10−6−1、石英(SiO)は約0.6×10−6−1、例えばSUSは17.5×10−6−1でありSiOxとSUSとの線膨張係数差が大きく、マスクを冷却した際の大きな収縮の差がマスク/堆積物界面でのはく離を促進する。また、SiOxは酸素雰囲気にさらされることで容易に酸化され、酸化割合が大きいほど膨張することでマスク/堆積物界面でのはく離を促進できる。 The deposit of the present invention is preferably composed mainly of SiOx (0 <x <2). According to this configuration, the linear expansion coefficient (at a temperature of 500 K) is 3.5 × 10 −6 K −1 for Si and about 0.6 × 10 −6 K −1 for quartz (SiO 2 ), for example, 17.17 for SUS. It is 5 × 10 −6 K −1 , and the difference in linear expansion coefficient between SiOx and SUS is large, and the large shrinkage difference when the mask is cooled promotes peeling at the mask / deposit interface. Further, SiOx is easily oxidized by being exposed to an oxygen atmosphere, and the larger the oxidation ratio, the larger the expansion, so that peeling at the mask / deposit interface can be promoted.

また、本発明の第二の工程は蒸発源とマスクとの間にシャッターを移動することで行うことが望ましい。本発明によって、蒸発源からの輻射熱エネルギーおよび飛来した粒子が運ぶ熱エネルギーの両方がマスクへ到達することを防ぐことができるので、簡単な構成で効果的なマスクの低温化が行えるので生産性に優れている。   The second step of the present invention is preferably performed by moving the shutter between the evaporation source and the mask. According to the present invention, it is possible to prevent both the radiant heat energy from the evaporation source and the thermal energy carried by the flying particles from reaching the mask. Are better.

さらに、本発明のシャッターが蒸発源とマスクとの間にある時にはシャッターは下に凸の形状であるとよい。本構成によって、マスクからはく離・除去した堆積物がシャッター上に落下することによって蒸発源に落下・混入することを防止できるので、蒸発源への堆積物落下が原因となるスプラッシュを防止して安定した真空蒸着プロセスが行えるので、生産性に優れている。   Furthermore, when the shutter of the present invention is between the evaporation source and the mask, the shutter may be convex downward. With this configuration, it is possible to prevent deposits that have been peeled off and removed from the mask from falling on the shutter and falling into the evaporation source, thus preventing splash caused by deposits falling on the evaporation source and ensuring stable operation. This makes it possible to perform the vacuum deposition process, which is excellent in productivity.

また、本発明の本発明の第二の工程は、マスクに取り付けた配管に温度の異なる複数の
冷媒(ブライン)を、時間を変えて流すのが望ましい。本構成によって、簡単な構成でマスクおよび堆積物を温度制御でき、ヒートサイクルを起こすことによりマスクと堆積物との線膨張係数差に応じてマスク/堆積物界面でのはく離が促進される。
In the second step of the present invention of the present invention, it is desirable to flow a plurality of refrigerants (brine) having different temperatures through the pipe attached to the mask at different times. With this configuration, the temperature of the mask and the deposit can be controlled with a simple configuration, and peeling at the interface between the mask and the deposit is promoted according to a difference in linear expansion coefficient between the mask and the deposit by causing a heat cycle.

さらに本発明はチャンバーと、蒸発源と、基板と、マスクと、を有した真空蒸着装置において、マスクの温度を低温とする手段と、マスクに堆積した堆積物に酸素を供給する手段と、マスクに物理的衝撃を与える手段とを有する薄膜形成装置にも関する。   Further, the present invention relates to a vacuum evaporation apparatus having a chamber, an evaporation source, a substrate, and a mask, a means for lowering the temperature of the mask, a means for supplying oxygen to the deposit deposited on the mask, and a mask The present invention also relates to a thin film forming apparatus having means for giving a physical impact to the film.

本発明の真空蒸着法によれば、マスク/堆積物間の密着性がある程度強く振動のみでははく離し難い堆積物を真空中ではく離・除去することが可能となる。したがって、真空プロセス1バッチにおいて長時間成膜および多量成膜が行えることで生産性を向上できる。   According to the vacuum vapor deposition method of the present invention, it is possible to peel and remove deposits in a vacuum that have a certain degree of adhesion between the mask and the deposits and that are difficult to peel off by vibration alone. Therefore, productivity can be improved by performing film formation and film formation for a long time in one vacuum process batch.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1(a)は、本発明の真空蒸着装置の概要を示す図である。
(Embodiment 1)
Fig.1 (a) is a figure which shows the outline | summary of the vacuum evaporation system of this invention.

図1(a)において、チャンバー1内は真空排気しており、蒸発源2が成膜を行える状態になれば、シャッター5を図1(a)の状態から図1(b)に示す状態へ移動して基板3上へ成膜を開始する。蒸発源2と基板4の間には成膜範囲を規制するマスク4を配置する。成膜を中断するには、図1(a)に示すようにシャッター5が蒸発源2と基板3の間に移動することで行う。マスク4には衝撃付与装置6を備えており、また、マスク4の蒸発源2側には酸素ガスを供給するための酸素ノズル7を配置している。   In FIG. 1A, the inside of the chamber 1 is evacuated, and when the evaporation source 2 is ready to form a film, the shutter 5 is changed from the state shown in FIG. 1A to the state shown in FIG. Move to start film formation on the substrate 3. Between the evaporation source 2 and the substrate 4, a mask 4 for restricting the film forming range is arranged. The film formation is interrupted by moving the shutter 5 between the evaporation source 2 and the substrate 3 as shown in FIG. The mask 4 is provided with an impact applying device 6, and an oxygen nozzle 7 for supplying oxygen gas is disposed on the mask 4 on the evaporation source 2 side.

基板3は巻き出しロール8から巻き出した長尺の箔であり例えば銅箔が使用できる。ロール9からロール10へ移動し巻き取りロール11に巻く。基板3がロール9とロール10との間におけるマスク4の開口範囲を通過する際に、基板3上に蒸着粒子を成膜する。蒸発源2は、カーボン製の坩堝内に蒸発材料を配置することで構成し、水冷した銅ハース内に配置することで、カーボン製坩堝が高温になり過ぎて酸化するなどのダメージを受けるのを防止する。蒸発材料には例えばSiを使用する。蒸発源2は電子ビーム(図示せず)により加熱する。チャンバー1は真空排気配管12を経由して真空ポンプ13を用いて真空排気する。   The substrate 3 is a long foil unwound from the unwinding roll 8, and for example, a copper foil can be used. It moves from the roll 9 to the roll 10 and winds around the take-up roll 11. When the substrate 3 passes through the opening range of the mask 4 between the roll 9 and the roll 10, vapor deposition particles are formed on the substrate 3. The evaporation source 2 is configured by disposing an evaporation material in a carbon crucible, and is disposed in a water-cooled copper hearth so that the carbon crucible is damaged by being too hot and oxidizing. To prevent. For example, Si is used as the evaporation material. The evaporation source 2 is heated by an electron beam (not shown). The chamber 1 is evacuated using a vacuum pump 13 via an evacuation pipe 12.

本発明のマスク4としては金属板を用いることができ、例えばSUS304や、SUS316を使用することができる。SUS304およびSUS316は900℃以下であれば、酸素濃度の高い空気中であってもほとんど酸化せず、高温での耐酸化性に優れているので適している。マスク4には水を流す銅配管(図示せず)が取付けてあり、水はマスク4に導入される部位で20℃に温度制御して流すことによりマスク4が900℃以上にならないように冷却する。   A metal plate can be used as the mask 4 of the present invention, and for example, SUS304 or SUS316 can be used. SUS304 and SUS316 are suitable as long as they are 900 ° C. or lower, since they hardly oxidize even in air with a high oxygen concentration and are excellent in oxidation resistance at high temperatures. A copper pipe (not shown) through which water flows is attached to the mask 4, and the water is cooled so that the temperature of the water is controlled to 20 ° C. at a portion where the water is introduced into the mask 4 so that the mask 4 does not exceed 900 ° C. To do.

本発明のマスクを低温にする方法としては、蒸発源2とマスク4との間にシャッター5を移動することで行う。蒸発材料がSiの場合には、蒸発源2の蒸発材料は2000℃程度にする必要があり、マスク4は輻射熱および蒸発源2から飛来した粒子の堆積により多くの熱を受ける。シャッター5を蒸発源2とマスク4との間に移動することにより、輻射熱および蒸発源2から飛来した粒子の堆積により受ける両者の熱を防ぐことができ、マスク4はマスク4に取り付けた銅配管に流している水の温度である20℃に近づくまで冷却される。   The method of lowering the temperature of the mask of the present invention is performed by moving the shutter 5 between the evaporation source 2 and the mask 4. When the evaporation material is Si, the evaporation material of the evaporation source 2 needs to be about 2000 ° C., and the mask 4 receives a lot of heat due to radiation heat and deposition of particles flying from the evaporation source 2. By moving the shutter 5 between the evaporation source 2 and the mask 4, it is possible to prevent both radiant heat and heat received by deposition of particles flying from the evaporation source 2. The mask 4 is a copper pipe attached to the mask 4. It is cooled until it approaches 20 ° C., which is the temperature of the water flowing through.

シャッター5には、例えばSUS製のものが使用でき、図1に示すような下に凸の形状が適している。マスク4からはく離し落下した堆積物が、マスク4の下方にある蒸発源2の中に飛び込めばスプラッシュを生じやすいが、堆積物をシャッター5の上面で捕集し、シャッター5の移動によって堆積物を蒸発源2と別の場所へ移動して除去してやれば、堆積物が蒸発源2へ落下することを防止できる。シャッター5による堆積物の移動を行うことにより、マスクの再生は複数回行える。   As the shutter 5, for example, a SUS-made one can be used, and a downwardly convex shape as shown in FIG. 1 is suitable. Splash is likely to occur if deposits that fall off the mask 4 fall into the evaporation source 2 below the mask 4, but the deposits are collected on the upper surface of the shutter 5, and the deposits are moved by moving the shutter 5. Can be removed from the evaporation source 2 by moving it to a different location from the evaporation source 2 and removing it. By moving the deposit by the shutter 5, the mask can be regenerated a plurality of times.

本発明の堆積物への酸素供給方法としては、酸素ノズル7から酸素ガスを堆積物に向けて吹き付けることで行うことができる。酸素ノズル7は、金属製のチューブに穴を一定間隔で開けたもので構成できる。   The oxygen supply method to the deposit of the present invention can be performed by blowing oxygen gas from the oxygen nozzle 7 toward the deposit. The oxygen nozzle 7 can be configured by forming holes in a metal tube at regular intervals.

本発明の衝撃付与手段としては、衝撃付与装置6として村田精工(株)製のバイブレータHV−00を用いることができる。バイブレータのバー先端をマスク4に取り付け、振動させることで、マスク4に対して機械的衝撃を与えるもので構成できる。   As the impact applying means of the present invention, a vibrator HV-00 manufactured by Murata Seiko Co., Ltd. can be used as the impact applying device 6. The vibrator bar end can be attached to the mask 4 and vibrated, whereby a mechanical shock can be applied to the mask 4.

本発明によってマスク4から堆積物を効果的に除去するには、マスク4と堆積物との温度差が大きいほどマスク4と堆積物との線膨張係数差が生じるので有効である。一方、マスク4は材質および加工方法にもよるが高温にすることでひずみを生じ変形する。したがって、成膜中にマスク4の温度をある値以下にすることが望ましい。以上の点から、マスク4を成膜中と比べて低温にする際の温度差としては、150℃以上700℃以下が望ましく、さらに300℃以上600℃以下が望ましい。   In order to effectively remove the deposit from the mask 4 according to the present invention, the larger the temperature difference between the mask 4 and the deposit, the more effective the linear expansion coefficient difference between the mask 4 and the deposit. On the other hand, the mask 4 is distorted and deformed at a high temperature, although it depends on the material and processing method. Therefore, it is desirable to set the temperature of the mask 4 to a certain value or less during film formation. From the above points, the temperature difference when the mask 4 is set to a lower temperature than during film formation is preferably 150 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and more preferably 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.

本発明によってマスク4から堆積物を効果的に除去するには、堆積物をより酸化することで膨張させることが有効である。堆積物を酸化させるには、堆積物近傍に多量の酸素を供給し、堆積物近傍の酸素分圧を上げることが効果的である。一方、真空チャンバー内に多量のガスを供給すれば真空度が低下し、真空ポンプにダメージを与えてしまう。したがって、真空ポンプ入り口での真空度はある値以下にすることが望ましい。以上の点から、堆積物に酸素を供給する際の真空ポンプ入り口での真空度としては、1x10−2Pa(Pa:パスカル)から1Paが望ましく、さらに5x10−2Paから2x10−1Paが望ましい。 In order to effectively remove deposits from the mask 4 according to the present invention, it is effective to expand the deposits by oxidizing them more. In order to oxidize the deposit, it is effective to supply a large amount of oxygen near the deposit and raise the oxygen partial pressure near the deposit. On the other hand, if a large amount of gas is supplied into the vacuum chamber, the degree of vacuum is lowered and the vacuum pump is damaged. Therefore, it is desirable that the degree of vacuum at the inlet of the vacuum pump be a certain value or less. From the above points, the degree of vacuum at the inlet of the vacuum pump when oxygen is supplied to the deposit is preferably 1 × 10 −2 Pa (Pa: Pascal) to 1 Pa, and more preferably 5 × 10 −2 Pa to 2 × 10 −1 Pa. .

(実施の形態2)
図2は、本発明のマスク再生方法を含む真空蒸着装置の概要を示す図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a vacuum deposition apparatus including the mask regeneration method of the present invention.

なお、実施の形態1と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is used about the same structure as Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

本発明のマスク4には2種類のブラインを流す2本の銅配管(図示せず)を取付けてあり、ブラインには水および東京ファインケミカル製のエタブラインEC−Zを用いる。水は20℃に温度制御し、エタブラインEC−Zは−40℃に温度制御し、それぞれ1分間隔で交互に流すことにより、マスク4の温度を20℃から−40℃に制御できる。   Two copper pipes (not shown) for flowing two types of brine are attached to the mask 4 of the present invention, and water and Etabline EC-Z made by Tokyo Fine Chemical are used for the brine. The temperature of water is controlled to 20 ° C., the temperature of the Etabline EC-Z is controlled to −40 ° C., and the temperature of the mask 4 can be controlled from 20 ° C. to −40 ° C. by alternately flowing at intervals of 1 minute.

本発明の衝撃付与手段としては、衝撃付与装置6としてモータの回転軸に金属製のワイヤブラシを取付け、回転させたブラシをマスク4に接触しながらマスク4の堆積物上を走査することで、マスク4に対して機械的衝撃を与えるもので構成できる。   As the impact applying means of the present invention, a metal wire brush is attached to the rotating shaft of the motor as the impact applying device 6, and the deposited brush on the mask 4 is scanned while contacting the rotated brush with the mask 4, The mask 4 may be configured to give a mechanical impact.

(実施の形態3)
図3は、本発明のマスク再生方法を含む真空蒸着装置の概要を示す図である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a vacuum deposition apparatus including the mask regeneration method of the present invention.

なお、実施の形態1と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is used about the same structure as Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

本発明の衝撃付与手段としては、衝撃付与装置6としてモータの回転軸に偏心重りを取り付け回転により偏心重りをマスクに衝突させることで、マスクに対して機械的衝撃を与えるもので構成できる。   As the impact applying means of the present invention, the impact applying device 6 can be configured by attaching an eccentric weight to the rotating shaft of a motor and causing the eccentric weight to collide with the mask by rotation to apply a mechanical impact to the mask.

なお、実施の形態1〜3では真空蒸着法について記載したが、スパッタリング法やCVD法等の他の薄膜形成方法でも同様の効果を有するので同じように適用可能である。   In Embodiments 1 to 3, the vacuum vapor deposition method has been described. However, other thin film forming methods such as a sputtering method and a CVD method have the same effect and can be similarly applied.

(実施例)
前述した図1(a)および図1(b)に示す真空蒸着装置を用いた。
(Example)
The vacuum vapor deposition apparatus shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) was used.

蒸発源2は、蒸発材料に高純度化学製の単結晶Siインゴットを1cm程度の大きさに砕き、塊状としたものをカーボン製の坩堝に入れて構成した。カーボン製坩堝は銅ハース(図示せず)で冷却しながら、電子ビーム(図示せず)で加熱した。加熱時の電子ビーム条件は加速電圧−13kV、エミッション電流1Aで行った。   The evaporation source 2 was configured by crushing a single crystal Si ingot made of high-purity chemical as an evaporation material into a size of about 1 cm and putting it into a lump into a carbon crucible. The carbon crucible was heated with an electron beam (not shown) while being cooled with a copper hearth (not shown). The electron beam conditions during heating were an acceleration voltage of -13 kV and an emission current of 1A.

基板3は、長尺の古河サーキットフォイル(株)製の粗面化電解銅箔(厚み35μm)を用い、巻き出しロール8から巻き出し、ロール9、ロール10を通って、巻き取りロール11に巻き取ることで基板移動を行う。   The substrate 3 is made of a roughened electrolytic copper foil (thickness 35 μm) manufactured by Furukawa Circuit Foil Co., Ltd., unwound from the unwinding roll 8, passed through the roll 9 and the roll 10, and then into the winding roll 11. The substrate is moved by winding.

マスク4は、2mm厚のSUS304板を加工することで作製した。マスク4には銅配管(図示せず)を溶接で取付け、20℃に制御した水を流した。   The mask 4 was produced by processing a 2 mm thick SUS304 plate. A copper pipe (not shown) was attached to the mask 4 by welding, and water controlled at 20 ° C. was allowed to flow.

マスクの堆積物が堆積する面は表面粗さRa=0.2μmの粗面に加工した。Ra=0.1μm以下であれば、堆積物が数μm〜数10μm堆積することでマスクからはく離・脱落してしまう現象が見られたので、多量の成膜を行うためには適していない。ここで表面粗さRaはキーエンス製の超深度顕微鏡VK−8500を用いて測定し、JIS B 0601−1994表面粗さに準じて計算した。   The surface on which the mask deposit was deposited was processed into a rough surface with a surface roughness Ra = 0.2 μm. If Ra = 0.1 μm or less, a phenomenon in which the deposits are peeled off or dropped off from the mask by depositing several μm to several tens of μm is not suitable. Here, the surface roughness Ra was measured using an ultra-deep microscope VK-8500 manufactured by Keyence, and calculated according to JIS B 0601-1994 surface roughness.

シャッター5は、5mm厚のSUS304板を図1に示す円弧状の形状に加工することで作製した。シャッター5には銅配管(図示せず)を溶接で取り付け20℃に制御した水を流した。シャッター5は、振り子状に動くよう設計し、成膜中は図1(b)に示す位置にあり、成膜を中断し堆積物をはく離・除去する時は図1(a)に示す位置にある。   The shutter 5 was produced by processing a 5 mm thick SUS304 plate into an arc shape shown in FIG. A copper pipe (not shown) was attached to the shutter 5 by welding, and water controlled at 20 ° C. was allowed to flow. The shutter 5 is designed to move like a pendulum and is in the position shown in FIG. 1B during film formation. When the film formation is interrupted and the deposit is peeled off and removed, the shutter 5 is in the position shown in FIG. is there.

衝撃付与装置6は、モータの軸に偏心した重りを取り付け、10Wの出力で10回/秒の頻度で回転してマスク4に衝突させる構成とした。   The impact applying device 6 is configured such that an eccentric weight is attached to the shaft of the motor and is rotated at a frequency of 10 times / second with an output of 10 W to collide with the mask 4.

酸素ノズル7はSUS製の1/4インチチューブにφ0.5mmの穴を2cm間隔で開けて作製した。酸素ガスはマスフローコントローラで流量を制御し、基板3上への成膜中は50sccmを、堆積物のはく離中は700sccmを流した。成膜中の真空度は5x10−3Pa、堆積物のはく離中の真空度は1x10−1Paであった。 The oxygen nozzle 7 was produced by opening holes of φ0.5 mm at intervals of 2 cm in a SUS 1/4 inch tube. The flow rate of oxygen gas was controlled by a mass flow controller, and 50 sccm was flowed during film formation on the substrate 3, and 700 sccm was flowed during peeling of the deposit. The degree of vacuum during film formation was 5 × 10 −3 Pa, and the degree of vacuum during peeling of the deposit was 1 × 10 −1 Pa.

成膜中はマスク4の温度が上昇し、蒸発源2に最も近く堆積物の堆積レートが大きな場所においては500℃以上に達していた。図1(a)に示すようにシャッター5を蒸発源3とマスク4の間に移動することでマスクは冷却され、時間が経てば20℃近くになった。マスクの場所によるが、成膜中と冷却時とでは200〜500℃程度の温度差を生じていた。   During film formation, the temperature of the mask 4 rose, and it reached 500 ° C. or more in a place closest to the evaporation source 2 and where the deposit deposition rate was large. As shown in FIG. 1A, the mask 5 was cooled by moving the shutter 5 between the evaporation source 3 and the mask 4, and the temperature became close to 20 ° C. over time. Depending on the location of the mask, a temperature difference of about 200 to 500 ° C. was generated during film formation and during cooling.

所定の時間成膜を行った後、シャッター5を図1(b)の位置から図1(a)の位置へ移動し、衝撃付与装置6で衝撃を与えながら、堆積物の温度がある程度下がってから、酸素ノズル7からマスクへ向けて酸素ガスを吹き付けた。その結果、堆積物がはく離し、シ
ャッター5の上に脱落した。はく離した堆積物は1〜30mm程度の大きさであり、湾曲していた。はく離した堆積物をEPMA法(Electron Probe Micro
Analyzer)を用いて組成分析すると、はく離した界面側部分ではOとSiのモル比O/Siは0.96であり、界面側部分以外でのOとSiのモル比O/Siは0.35であった。
After film formation for a predetermined time, the shutter 5 is moved from the position shown in FIG. 1B to the position shown in FIG. Then, oxygen gas was sprayed from the oxygen nozzle 7 toward the mask. As a result, the deposits peeled off and dropped on the shutter 5. The separated deposit was about 1 to 30 mm in size and curved. The separated deposits are treated with EPMA (Electron Probe Micro).
When analyzing the composition using an analyzer, the mole ratio O / Si between O and Si is 0.96 in the separated interface side portion, and the mole ratio O / Si between O and Si other than the interface side portion is 0.35. Met.

はく離した堆積物のはく離した界面側をSEM(Scanning Electron
Microscope)により観察した結果を図3に示す。はく離した界面には数10μm程度のひび割れと、1μm以下の細かなひび割れとが多数観察された。マスク4および堆積物が冷却される際に、線膨張係数の差に応じた収縮の差を生じ、その結果、マスク4と堆積物との界面に応力を生じてひび割れが生成したと考えられる。多くのひび割れが生成したことで表面積が大幅に増え、その結果、酸素を供給した際の酸化割合が大きくなったと推測される。酸化割合が増大することで堆積物は大きく膨張し、マスク4と堆積物との界面でのはく離を促進したと推測される。
The separated interface side of the peeled deposit is removed by SEM (Scanning Electron).
The results observed by Microscope are shown in FIG. Many cracks of about several tens of μm and fine cracks of 1 μm or less were observed on the peeled interface. When the mask 4 and the deposit are cooled, it is considered that a difference in shrinkage according to the difference in linear expansion coefficient occurs, and as a result, a stress is generated at the interface between the mask 4 and the deposit to generate a crack. It is presumed that the surface area was greatly increased due to the generation of many cracks, and as a result, the oxidation rate when oxygen was supplied increased. It is presumed that the deposit was greatly expanded due to the increase in the oxidation rate and promoted peeling at the interface between the mask 4 and the deposit.

本発明の真空蒸着装置のマスク再生方法は、長時間での成膜および多量の成膜によってマスクに堆積物が付着する成膜装置において使用できる。振動のみでははく離し難い堆積物を真空中ではく離・除去できるので、引き続き成膜を行える。したがって、生産性を向上できる。   The method for regenerating a mask of a vacuum evaporation apparatus according to the present invention can be used in a film forming apparatus in which deposits adhere to a mask by film formation over a long time and a large amount of film formation. Deposits that are difficult to peel off by vibration alone can be peeled and removed in a vacuum, so that film formation can be continued. Therefore, productivity can be improved.

(a)本発明の実施の形態1における成膜を停止し堆積物をはく離・除去する際のマスク再生方法を含む真空蒸着装置の概要を示す図、(b)成膜中のマスク再生方法を含む真空蒸着装置の概要を示す図(A) The figure which shows the outline | summary of the vacuum evaporation system containing the mask reproduction | regeneration method at the time of stopping the film-forming in Embodiment 1 of this invention, and peeling and removing a deposit, (b) The mask reproduction | regeneration method during film-forming The figure which shows the outline of the vacuum evaporation system including 本発明の実施の形態2におけるマスク再生方法を含む真空蒸着装置の概要を示す図The figure which shows the outline | summary of the vacuum evaporation system containing the mask reproduction | regeneration method in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるマスク再生方法を含む真空蒸着装置の概要を示す図The figure which shows the outline | summary of the vacuum evaporation system containing the mask reproduction | regeneration method in Embodiment 3 of this invention. 実施例における、はく離した堆積物のはく離界面側のSEM写真図SEM photograph of peeling interface side of peeled deposit in Example

符号の説明Explanation of symbols

1 真空チャンバー
2 蒸発源
3 基板
4 マスク
5 シャッター
6 衝撃付与装置
7 酸素ノズル
8 巻き出しロール
9 ロール
10 ロール
11 巻き取りロール
12 真空配管
13 真空ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Evaporation source 3 Board | substrate 4 Mask 5 Shutter 6 Impact application apparatus 7 Oxygen nozzle 8 Unwinding roll 9 Roll 10 Roll 11 Winding roll 12 Vacuum piping 13 Vacuum pump

Claims (9)

真空中で蒸発源から飛来した粒子をマスクにより規制して基板に付着させて薄膜を形成する薄膜形成法において、
前記基板上への前記薄膜の形成を行う第一の工程と、
前記第一の工程の後、前記マスクの温度を前記第一の工程中より低温とする第二の工程と、
前記第二の工程と同時もしくは前記第二の工程の後に、前記マスクに堆積した前記蒸発源から飛来した粒子を含む堆積物に酸素を供給する第三の工程と、
前記第三の工程と同時もしくは前記第三の工程の後に、前記堆積物を除去する第四の工程と、
を有することを特徴とする薄膜形成法。
In the thin film formation method of forming a thin film by regulating the particles flying from the evaporation source in vacuum with a mask and attaching them to the substrate,
A first step of forming the thin film on the substrate;
After the first step, a second step in which the temperature of the mask is lower than that during the first step;
A third step of supplying oxygen to a deposit containing particles flying from the evaporation source deposited on the mask simultaneously with the second step or after the second step;
A fourth step of removing the deposit simultaneously with the third step or after the third step;
A thin film forming method characterized by comprising:
前記マスクに物理的衝撃を与えながら前記第二の工程を行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜形成法。   The thin film forming method according to claim 1, wherein the second step is performed while applying a physical impact to the mask. 前記マスクに物理的衝撃を与えながら前記第三の工程を行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜形成法。   The thin film forming method according to claim 1, wherein the third step is performed while applying a physical impact to the mask. 前記堆積物を除去する第四の工程が、物理的衝撃によるものであることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成法。   The thin film forming method according to claim 1, wherein the fourth step of removing the deposit is by physical impact. 前記堆積物がSiOx(0<x<2)を主成分とすることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成法。   2. The thin film forming method according to claim 1, wherein the deposit contains SiOx (0 <x <2) as a main component. 前記第二の工程が、前記蒸発源と前記マスクとの間にシャッターを移動することで行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜形成法。   The thin film forming method according to claim 1, wherein the second step is performed by moving a shutter between the evaporation source and the mask. 前記シャッターが、前記蒸発源と前記マスクとの間にある時には下に凸の形状であることを特徴とする請求項6記載の薄膜形成法。   7. The method of forming a thin film according to claim 6, wherein when the shutter is between the evaporation source and the mask, the shutter has a downwardly convex shape. 前記第二の工程が、前記マスクに取り付けた配管に温度の異なる複数のブラインを時間を変えて流し、前記マスク温度を変えることで行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜形成法。   2. The thin film forming method according to claim 1, wherein the second step is performed by flowing a plurality of brines having different temperatures through pipes attached to the mask at different times and changing the mask temperature. 真空チャンバーと、蒸発源と、基板と、マスクと、を有した薄膜形成装置において、前記マスクの温度を低温とする手段と、前記マスクに堆積した堆積物に酸素を供給する手段と、前記マスクに物理的衝撃を与える手段と、を有することを特徴とする薄膜形成装置。   In a thin film forming apparatus having a vacuum chamber, an evaporation source, a substrate, and a mask, means for lowering the temperature of the mask, means for supplying oxygen to the deposit deposited on the mask, and the mask And a means for giving a physical impact to the thin film forming apparatus.
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